Фамилия Пентюхово звучит скорее как название села или деревни, чем как привычная фамилия в форме притяжательного прилагательного. В русской ономастике форма на -ово типична для топонимов (Пушкино, Иваново) и гораздо реже встречается как фамилия. Скорее всего, перед нами не фамилия в классическом понимании, а прозвищное название рода или семьи, закрепившееся в говоре: «Пентюхово» — это «род Пентюхов» или «селение Пентюховых». В официальных документах такая форма могла возникнуть в результате ошибочного склонения или диалектного произношения.

Если же исходить из того, что основа та же, что и у фамилии Пентюхов, то корень «пентюх» — старинное русское прозвище. В словаре В. И. Даля «пентюх» означает неуклюжего, неповоротливого человека, увальня. Слово происходит от «пень» (коряга) с экспрессивным суффиксом -юх. Следовательно, Пентюхово — это указание на происхождение от человека по прозвищу Пентюх, но в форме, свойственной для обозначения места или коллектива (ср. «Кусково» от Куска, «Толстово» от Толстого).

Суффикс -ово в фамилиях встречается крайне редко и почти всегда указывает на дворянское или географическое происхождение. В русской традиции фамилии на -ово имели, например, некоторые обедневшие дворянские роды, получившие название по усадьбе. Однако Пентюхово — явно не дворянская фамилия: прозвище Пентюх было простонародным и даже уничижительным. Вероятнее всего, это локальный вариант фамилии Пентюхов, возникший в северных или сибирских говорах, где форма среднего рода могла обозначать «семейство» или «дом» (ср. «Сидорово» — «семья Сидоровых»).

Географически фамилия Пентюхово, если встречается, привязана к Вологодской, Архангельской областям или к бывшим вотчинам Строгановых на Урале — там диалекты сохраняли такие архаичные формы. В современных справочниках она почти не фиксируется, что подтверждает её редкий, почти исчезнувший характер. По сути, это не столько фамилия, сколько историческое свидетельство того, как в русской деревне могли называть целый род по прозвищу основателя, используя топонимический суффикс.